Python深入学习之装饰器

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装饰器(decorator)是一种高级Python语法。装饰器可以对一个函数、方法或者类进行加工。在Python中,我们有多种方法对函数和类进行加工,比如在Python闭包中,我们见到函数对象作为某一个函数的返回结果。相对于其它方式,装饰器语法简单,代码可读性高。因此,装饰器在Python项目中有广泛的应用。

装饰器最早在Python 2.5中出现,它最初被用于加工函数和方法这样的可调用对象(callable object,这样的对象定义有__call__方法)。在Python 2.6以及之后的Python版本中,装饰器被进一步用于加工类。

装饰函数和方法

我们先定义两个简单的数学函数,一个用来计算平方和,一个用来计算平方差:


# get square sum
def square_sum(a, b):
    return a**2 + b**2

# get square diff
def square_diff(a, b):
    return a**2 - b**2

print(square_sum(3, 4))
print(square_diff(3, 4))

在拥有了基本的数学功能之后,我们可能想为函数增加其它的功能,比如打印输入。我们可以改写函数来实现这一点:


# modify: print input

# get square sum
def square_sum(a, b):
    print("intput:", a, b)
    return a**2 + b**2

# get square diff
def square_diff(a, b):
    print("input", a, b)
    return a**2 - b**2

print(square_sum(3, 4))
print(square_diff(3, 4))

我们修改了函数的定义,为函数增加了功能。

现在,我们使用装饰器来实现上述修改:


def decorator(F):
    def new_F(a, b):
        print("input", a, b)
        return F(a, b)
    return new_F

# get square sum
@decorator
def square_sum(a, b):
    return a**2 + b**2

# get square diff
@decorator
def square_diff(a, b):
    return a**2 - b**2

print(square_sum(3, 4))
print(square_diff(3, 4))


装饰器可以用def的形式定义,如上面代码中的decorator。装饰器接收一个可调用对象作为输入参数,并返回一个新的可调用对象。装饰器新建了一个可调用对象,也就是上面的new_F。new_F中,我们增加了打印的功能,并通过调用F(a, b)来实现原有函数的功能。

定义好装饰器后,我们就可以通过@语法使用了。在函数square_sum和square_diff定义之前调用@decorator,我们实际上将square_sum或square_diff传递给decorator,并将decorator返回的新的可调用对象赋给原来的函数名(square_sum或square_diff)。 所以,当我们调用square_sum(3, 4)的时候,就相当于:


square_sum = decorator(square_sum)
square_sum(3, 4)

我们知道,Python中的变量名和对象是分离的。变量名可以指向任意一个对象。从本质上,装饰器起到的就是这样一个重新指向变量名的作用(name binding),让同一个变量名指向一个新返回的可调用对象,从而达到修改可调用对象的目的。

与加工函数类似,我们可以使用装饰器加工类的方法。

如果我们有其他的类似函数,我们可以继续调用decorator来修饰函数,而不用重复修改函数或者增加新的封装。这样,我们就提高了程序的可重复利用性,并增加了程序的可读性。

含参的装饰器

在上面的装饰器调用中,比如@decorator,该装饰器默认它后面的函数是唯一的参数。装饰器的语法允许我们调用decorator时,提供其它参数,比如@decorator(a)。这样,就为装饰器的编写和使用提供了更大的灵活性。


# a new wrapper layer
def pre_str(pre=''):
    # old decorator
    def decorator(F):
        def new_F(a, b):
            print(pre + "input", a, b)
            return F(a, b)
        return new_F
    return decorator

# get square sum
@pre_str('^_^')
def square_sum(a, b):
    return a**2 + b**2

# get square diff
@pre_str('T_T')
def square_diff(a, b):
    return a**2 - b**2

print(square_sum(3, 4))
print(square_diff(3, 4))


上面的pre_str是允许参数的装饰器。它实际上是对原有装饰器的一个函数封装,并返回一个装饰器。我们可以将它理解为一个含有环境参量的闭包。当我们使用@pre_str('^_^')调用的时候,Python能够发现这一层的封装,并把参数传递到装饰器的环境中。该调用相当于:

square_sum = pre_str('^_^') (square_sum)

装饰类

在上面的例子中,装饰器接收一个函数,并返回一个函数,从而起到加工函数的效果。在Python 2.6以后,装饰器被拓展到类。一个装饰器可以接收一个类,并返回一个类,从而起到加工类的效果。


def decorator(aClass):
    class newClass:
        def __init__(self, age):
            self.total_display   = 0
            self.wrapped         = aClass(age)
        def display(self):
            self.total_display += 1
            print("total display", self.total_display)
            self.wrapped.display()
    return newClass

@decorator
class Bird:
    def __init__(self, age):
        self.age = age
    def display(self):
        print("My age is",self.age)

eagleLord = Bird(5)
for i in range(3):
    eagleLord.display()


在decorator中,我们返回了一个新类newClass。在新类中,我们记录了原来类生成的对象(self.wrapped),并附加了新的属性total_display,用于记录调用display的次数。我们也同时更改了display方法。

通过修改,我们的Bird类可以显示调用display的次数了。

总结

装饰器的核心作用是name binding。这种语法是Python多编程范式的又一个体现。大部分Python用户都不怎么需要定义装饰器,但有可能会使用装饰器。鉴于装饰器在Python项目中的广泛使用,了解这一语法是非常有益的。

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